Atsparus dėvėjimuisi kaušo velenas ir įvorė su pažangia karščio apdorojimo technologija

Medžiagos parinkimas ir sudėtis ekskavatorių kaušo velenams

Pagrindinės atsparių dėvėjimuisi medžiagų savybės ekskavatorių kaušo velenų taikymuose

Atsparūs dėvėjimuisi ekskavatorių kaušo velenai turi atitikti tris pagrindinius mechaninius reikalavimus:

• Kietumas (55–60 HRC) kad atlaikytų abrazyvų dėvėjimąsi
• Smūginis atsparumas (>40 J ties -20°C) kad būtų galima sugerti smūgius dirbant didelėmis apkrovomis
• Takumo stipris, viršijantis 1 200 MPa kad būtų išvengta plastinės deformacijos

Atitinkantys šiuos standartus segtukai sumažina keitimo dažnumą 62 % lyginant su įprastinės kokybės detalėmis (ASTM International 2023).

Palyginamoji ekskavatorių kaušo segtukų gamybai naudojamų plieno lydinių analizė

12 mėnesių trukmės lauko tyrimas parodė reikšmingus našumo skirtumus tarp skirtingų lydinių tipų:

• Borui praturtinti plienai parodė 23 % mažesnį skersmens sumažėjimą lyginant su įprastiniais lydiniais
• Mažos koncentracijos legiruoti plienai su vanadžiu ar niobiu parodė 18 % didesnę apkrovos talpą
• Paviršiai kietinami lydiniai padidino tarnavimo laiką 31 % sunkiose eksploatacijos sąlygose

Medžiagos parinkimas turėtų atitikti eksploatacinius reikalavimus – pavyzdžiui, aukšto silicio plienai siūlo geresnį atsparumą korozijai drėgnose ar cheminėje agresyviose aplinkose.

Pažangus termoapdorojimas: optimalaus kietumo ir atsparumo pasiekimas

Visiškas kietinimas prieš paviršiaus kietinimą: stiprumo ir trapumo balansas

Kol visiškas kietinimas užtikrina nuosekliai vienodas medžiagos savybes, paviršiaus apdorojimo būdai, tokie kaip paviršinis kietinimas, atlieka specializuotas funkcijas:

• Visiškai sukietinti įvorės velenėliai : geriausiai tinka taikymams, kuriems reikalingas tolygus nusidėvėjimo atsparumas be įtempimo koncentratorių
• Paviršiškai sukietinti komponentai : idealūs įvorėms, kurioms reikalingas sukietintas paviršius (60–65 HRC) ant tvirtų, lankstesnių branduolių

Praktikos duomenys rodo, kad visiškai sukietinti velenėliai tarnauja 2,3 karto ilgiau nei paviršiškai sukietinti analogai veikiant nuolatinėms kasimo apkrovoms. Tačiau yra būtina tiksliai atlemti temperatūroje nuo 200 iki 300 °C, kad būtų išvengta trapaus lūžimo.

Atvejo analizė: padidintas išilginis atsparumas dėka tiksliai terminės apdorojimo technologijos

Šiaurės Amerikos gamintojas sumažino veržlių keitimą 72 % įsigaliojus tobulinamai terminės apdorojimo ciklui:

1. Austenitizacija 845 °C temperatūroje per 90 minučių
2. Greičio aušinimas 60 °C temperatūros greitoje alyvoje
3. Atleidimas nuo įtempių 285 °C temperatūroje per 2 valandas

Šis protokolas padidino išilginį atsparumą 58 % (pagal ASTM E466 bandymą), išlaikant smūginį tamprumą tarp 25–30 J esant -20 °C. Po įgyvendinimo duomenys parodė, kad eksploatacijos trukmė siekė 14 mėnesių veikiant 25 tonų kasimo apkrovoms, viršijant pramonės vidurkį – 8 mėnesius.

Paviršiaus apdorojimo būdai, kurie padidina ilgaamžiškumą ir mažina trintį

Aukštos dažninės užkaltenos taikymas, siekiant pagerinti paviršiaus kietumą veržlėse ir įvorėse

Aukštos dažninės indukcinio kietinimo technologija pasirenkamai sukietina ašmenis ir įvorės paviršių iki 55–60 HRC, greitai šildant ir aušinant išorinį sluoksnį. Tai sukuria nusidėvėjimui atsparų martensitinį apvalkalą, išlaikant plastišką branduolį, sumažina iškraipymus ir užtikrina matmenų stabilumą – svarbu tiksliai priderinti komponentams, veikiantiems diržtinėse dirvose.

Azotavimas ir chromavimas: dėvėjimosi ir trinties mažinimas didelėmis apkrovomis

Kai kalbame apie azoto dirbtinį paviršiaus kietinimą, azotas prasigeria į metalo paviršius, todėl jie tampa kietesni ir ilgainiui atsparesni nuovargiui. Kai kurios studijos parodė, kad taip apdoroti komponentai gali tarnauti apie 30 % ilgiau iki sugedimo. Kita vertus, chromavimas sumažina trintį tarp judančių dalių apie 40 %, palyginti su įprastais metaliniais paviršiais apkrovos sąlygomis. Šią informaciją 2024 m. nurodė tribologai iš „Coll McEachern Associates“ savo tyrimų metu. Abu šie paviršiaus apdorojimo būdai ypač pasiteisina tuomet, kai įranga veikia aplinkose, kur dulkės ir smėlis linkę kibti prie komponentų, padedant išvengti erzinančio dilimo tipo, kuomet eksploatacijos metu medžiagos iš tikrųjų susijungia tarpusavyje.

Paviršiumi apdorotų detalių našumo vertinimas esant nuolatiniam veikimui

Po 2 000 valandų eksploatacijos, paviršių apdorojimo būdu apdoroti įvaržai rodo 35 % mažesnį dėvėjimosi lygį lyginant su neapdorotais. Operatoriai praneša apie 50 % sumažėjimą nenuspėtų sustojimų naudojant apdorotus įvaržo–įvorės poras, kas siejama su stabilia trinties elgsena net esant maksimaliniam hidrauliniam slėgiui, viršijančiam 35 MPa.

Žnyplių kaušo įvorių dėvėjimosi mechanizmai ir veiksniai, juos veikiantys

Kasėjų kibirų įvorės linkusios dilti trimis pagrindiniais būdais: pirma, kai maži dalelių sukelti abrazyviniai nusidėvėjimai, antra – kai metalas liečiasi su metaliu, sukeliant lipnųjį nusidėvėjimą, ir trečia – paviršiaus nuovargis dėl daugkartinio apkrovimo. Kaip šios įvorės susidėvi, labai priklauso nuo jų naudojimo. Net nedidelis nesuderinamumas, pavyzdžiui, virš pusės laipsnio, gali padidinti dėvėjimosi greitį tris kartus. Be to, jei tepimas nepakankamas, kontaktinėje vietoje temperatūra pakyla iki apie 150–200 laipsnių Celsijaus, dėl ko medžiagos suminkštėja ir greičiau nusidėvi. Naujausi lauko tyrimai parodė, kad smėlingose vietovėse įvorės kas tūkstantį eksploatacijos valandų praranda nuo 0,8 iki 1,2 milimetrų, nes smėlyje esantis kvarcas veikia kaip mažyčiai pjovimo įrankiai, kurie pažeidžia paviršius.

Keitimo laiko vertinimas pagal dėvėjimosi modelius ir eksploatacinę apkrovą

Keitimo ribos kinta priklausomai nuo mašinos dydžio ir apkrovos:

• 20–30 tonų ekskavatoriai : Keisti įvorę esant 1,5–2,0 mm dėvėjimosi gyliui
• 50+ tonų ekskavatoriai : Keisti esant 1,0–1,2 mm dėvėjimosi gyliui, kai radialinės apkrovos viršija 35 MPa

Tyrimai rodo, kad dėvėjimosi greitis triskart didėja, kai eksploatacinės apkrovos viršija 40 % medžiagos takumo stiprumo, kas pabrėžia realaus laiko stebėjimo svarbą numatomojo techninio aptarnavimo planavimui.

Kietumo ir trapumo paradokso sprendimas įvorės medžiagos projektavime

Pažangios lydinio rūšys, tokios kaip 34CrNiMo6, pasiekia 58–60 HRC naudojant vakuumo šiluminį apdorojimą, tuo pačiu išlaikydamos 12–15 % pailgėjimą dėl nikelio ir molibdeno pridėjimo. Ši kombinacija sumažina įtempimo koncentracijos lūžius 60 % lyginant su tradiciniais aukšto anglies turinio plienais, kas patvirtinta 2 500 valandų trukmės karjero bandomajame tyrime.

Ekskavatoriaus kaušo veržlių ir įvorių tikslus suderinimas

Matmeninės tikslumo ir tikslingumo svarba veržlės-įvorės sąryšyje

Matmenų nuokrypai ±0,05 mm ribose užtikrina optimalų kontaktą ir apkrovos pasiskirstymą tarp ašinių ir įdėklų. Tinkamas išlyginimas sumažina įtempimo koncentraciją 62 % (Sunkiosios įrangos inžinerijos žurnalas, 2023), neleidžiant ankstyvam skylio ovalizavimuisi. Svarbūs matmenys apima:

• Ašinio skersmuo (paprastai 80–120 mm 20–50 tonų mašinoms)
• Įdėklio sienelės storis (ne mažiau kaip 15 % ašinio skersmens)
• Lygiagretumo nuokrypis (<0,1 mm/m jungiamųjų paviršių ilgiui)

Kampinis nelygiagretumas, viršijantis 1,5°, sukelia asimetrinę apkrovą, dvi–tris kartus pagreitindamas dėvėjimą kasdieninėse operacijose.

Dažniausiai užduodami klausimai

Iš kokių medžiagų dažniausiai gaminami ekskavatorių kaušo ašiniai?

Ekskavatorių kaušo ašiniai paprastai gaminami iš aukšto anglies turinčių plienų, kurie užtikrina optimalų kietumo ir atsparumo smūgiams santykį. Taip pat naudojami boru legiruoti ir mikrolegiruoti plienai tam tikroms naudingojo veikimo savybėms.

Kaip terminis apdorojimas pagerina kaušo ašinių našumą?

Kietinimo apdorojimas, toks kaip visiškas kietinimas, pagerina kietumo vienodą pasiskirstymą per visą ašį, taip padidindamas atsparumą dilimui, plastiškumą ir stiprumą, todėl ilgina ašių tarnavimo laiką sunkiomis sąlygomis.

Kodėl svarbu tiksli savarties ir įvorės suderinamumas?

Tikslus suderinamumas užtikrina optimalų apkrovos pasiskirstymą ir sumažina įtempio koncentraciją, kas gali išvengti ankstyvo dilimo ir pailginti detalių tarnavimo laiką.

Kokie yra dažniausi žnyplių kaušo įvorių dėvėjimosi mechanizmai?

Trys pagrindiniai dėvėjimosi mechanizmai apima abrazyvų dėvėjimąsi dėl mažų dalelių, adhezinį dėvėjimąsi dėl metalo kontaktų ir paviršiaus nuovargį, atsirandantį dėl kartotinės apkrovos.

Kaip azoto difuzinis cementavimas ir chromavimas gali palengvinti ekskavatorių detalių eksploatavimą?

Paviršiaus apdorojimo būdai, tokie kaip azoto difuzinis cementavimas ir chromavimas, padidina detalių paviršiaus kietumą ir sumažina trintį, todėl padeda pailginti jų tarnavimo laiką, ypač sunkiomis aplinkos sąlygomis.